超音波によるワインの熟成とオーク処理

ワインの熟成とオーク処理は、ワインの最終的な味わいと品質に大きく寄与します。どちらの工程も長い時間を要することが知られており、熟成には数年かかることもよくあります。超音波は、非常に効果的かつ迅速な技術であり、ワインの熟成を促進するとともに、オーク成分の抽出、微量酸素供給、化学反応（重合など）を大幅に加速します。超音波処理により、若いワインを数分以内に熟成させ、オーク樽で数年間熟成させたような芳香を持つ熟成ワインにすることができます。

超音波抽出によるオーク由来のワインの風味

ワインの熟成中に超音波処理を行うと、オーク材に由来する渋味に関わるフェノール化合物と芳香成分の両方が、極めて迅速にワインへ移行します。従来のワインの樽熟成には数年かかるのに対し、超音波によってオーク成分の抽出は数分に短縮されました。

超音波によるワインのオーク処理

オーク処理を強化するために、オークチップや樽板をワイン中で超音波処理します。超音波は木材の細胞壁を開き、破砕するため、タンニン、フェノール類、furones、ラクトン類などの細胞内成分が、超音波キャビテーションによってワイン中に放出されます。超音波振動とキャビテーションが強い乱流とマイクロストリーミングを生み出すため、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動が大幅に促進され、生体分子（すなわち香気成分）が効率よく迅速に放出されます。超音波処理は純粋に機械的な処理であるため、ワインに化学物質を添加することはありません。

従来のワイン熟成と超音波によるワイン熟成における品質の比較。超音波で熟成させたワインは、品質のピークに大幅に早く達します。
（図：©Yıldırım and Dündar, 2017、Leonhardt and Morabito, 2007を基に改変）。

超音波 – 機械的な力のみ

高強度・低周波の超音波は、高圧、高温、強いせん断力を伴う、エネルギー密度の高い条件を生み出します。これらの物理的な力は細胞構造の破砕を促進し、細胞内成分を媒体中に放出させます。さらに、超音波を用いたワインの熟成工程は、微量酸素供給と酸化過程を促進します。そのため、制御された超音波処理は、ワイン中の化学反応に好ましい影響を与えることができます。超音波で熟成させたワインは、従来の方法で熟成させたワインよりも大幅に早く品質のピークに達します。また、超音波で熟成させたワインは保存性がより高いため、標準的な熟成工程で得られるワインよりも長く、品質のピークを維持します。

細胞壁破砕のメカニズム：（a）キャビテーションによる細胞壁の破壊。（b）細胞構造内への溶媒の拡散。
（Shirsath et al., 2012の図を基に改変）

オーク樽熟成に対する超音波ワイン熟成の利点

オーク樽を用いる方法は、ワイン熟成の一般的で伝統的な工程です。オーク樽では、樽内での長い貯蔵期間を通じて、少量ずつ酸化が進みます。高級ワインの貯蔵には数年かかることが多く、そのため費用のかかる工程です。オーク樽での熟成中に、ワインは数多くの独特な香りを生み出します。数年に及ぶ長い熟成工程とそれに伴う時間的な損失に加え、オーク樽は購入と維持にも費用がかかります。酵母種（BrettanomycesやDekkeraなど）をはじめとする望ましくない微生物が、ワイン樽を汚染する可能性があります。酵母によって変敗したワインは、味や臭いが悪いことで知られています。
従来の樽によるオーク処理にはこうした欠点があるため、超音波によるワインの熟成とオーク処理は、従来の樽熟成に代わる、費用対効果が高く、科学的に実証された方法です。超音波処理は熟成時間を短縮し、ワインの複数の品質要因を改善します。超音波処理は、マセレーション、ポリフェノール抽出、熟成、成熟、オーク処理など、ワイン製造工程のさまざまな段階で適用できます。科学的研究と産業での導入事例は、ワイン製造における超音波処理の有効性を実証しており、熟成期間の短縮と高品質ワインのより効率的な生産において、大きな改善が得られています。

超音波によるワイン熟成の加速：Th. Kleinschmidt教授の研究は、American Blendのウッドチップの存在下で赤ワインを超音波処理すると、3-Methyl-1Butanolの香りに好ましい変化が生じることを示しています。（超音波処理装置UIP2000hdT、振幅43µm、ソノトロード表面積9cm2)

超音波によるワイン熟成に関する科学的研究

超音波強度または音響エネルギー密度が比較的中程度の水準であっても、オークチップからワインへのフェノール類の迅速な抽出と溶出を促進でき、それによって、大幅に短縮された熟成時間内にワインの風味と栄養価が高まる可能性があります。さらに、超音波処理はワインの組成を迅速に変化させることができ、これは音響キャビテーションの作用によるものと考えられています。そのため、高い音響エネルギー密度は、超音波によるワイン組成の変化を促進すると推測されています。（参照：Yang et al., 2014）
同様の熟成効果は、オークチップと超音波を用いたシェリービネガーについて、Jiménez-Sánchez et al. (2020)によって報告されています。超音波処理は、従来の熟成と比較して熟成時間を大幅に短縮しました。

超音波によるオークからの香気成分の放出

Breniauxとその共同研究者は、オーク製ワイン樽の洗浄に高出力超音波を用いた場合の効果と、処理後の樽をワイン熟成に使用した際に生じるポリフェノール類やその他の成分の放出について調査しました。ポリフェノールや、エラジタンニン、リグニン、芳香成分の前駆体などの植物化学成分は、ワインの熟成と風味に大きく寄与します。全体として、この研究は、超音波処理により、非常に短い処理時間でポリフェノールやその他の生理活性成分の収量が高くなることを示しました。例えば、フルフラールの濃度は、熟成8か月および12か月の時点で超音波処理の場合に高く、代替方法である蒸気処理と比較して18.8–92.6%増加しました。5-methylfurfuralについては、使用年数1年の樽（12か月熟成したワイン）および使用年数2年の樽（2、8、12か月熟成したワイン）で、超音波処理による濃度が有意に高く、20.5–97%増加しました。ウイスキーラクトンのジアステレオ異性体については、超音波処理した使用年数3年の樽で、トランス型ウイスキーラクトンが有意に高くなりました。12か月の熟成後、ワイン中の濃度は75.2 ± 5.6 μg/Lであり、蒸気処理した樽で熟成させたワインと比較して46.9%増加しました。バニリンとシリンガアルデヒドの濃度についても、超音波処理後にワイン中で測定された値は有意に高くなりました。樽の蒸気処理と比較すると、総エネルギー消費量は高出力超音波で0.38 kWh、水蒸気で3 kWhであり、高出力超音波の方が7.89倍低い値でした。
（参照：Breniaux et al., 2021）

超音波によって促進されるワイン中の化学反応

ワインの熟成中には、数多くの化学反応が起こります。例えば、プロアントシアニジン化合物は、重合し、アントシアニンと縮合し、タンパク質や多糖類などの他の高分子と結合する傾向があります。このアントシアニンとの縮合反応は、赤ワインの色が濃くなり安定化することに関わる主要な化学反応であり、色は鮮やかな赤から、褐色の色調を帯びた濃い赤へと変化します。
Masuzawa et al., 2000による初期の研究で、ワインの熟成に伴い、超音波がフェノール化合物の重合を促進し、赤ワイン中のポリフェノール含有量を増加させることが、すでに示されていました。
樽内でのワイン熟成中には、数百種類の成分が木材からワインへ抽出される可能性があり、最終的なワインの風味、香り、口当たりに直接寄与します。リグニンから揮発性フェノール類とフェノール性アルデヒド類が、セルロースおよびヘミセルロースの糖の分解からフルフラール化合物が抽出されるため、オーク材の繊維組成は熟成工程において重要な役割を果たします。
従来のオーク樽熟成は何世紀にもわたって広く用いられてきましたが、依然としていくつかの固有の欠点があります。第一に、樽での熟成工程は通常数か月から数年かかり、非常に時間を要します。第二に、樽は高価で、ワイナリー内の多くの場所を占め、時間の経過とともに交換する必要があります。第三に、オーク樽が古くなると、Brettanomyces属やDekkera属の酵母など、望ましくない微生物に汚染される可能性があります。
ワイン樽の超音波による衛生処理と洗浄について、詳しくはこちらをご覧ください！

ワインの熟成と成熟のための超音波装置

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